学院电网改造初步设计改造后电气设备选择保护及工程造价毕业论文

目 录前言1第一章 毕业设计任务书21.1毕业设计题目21.2毕业设计的目的21.3 毕业设计的内容21.4毕业设计步骤2第二章 短路电流计算32.1 短路造成的危害32.2 短路电流计算的目的32.3 短路电流计算的规定42.4 短路电流计算42.4.1 054新安回路短路电流计算62.4.2 058银河回路短路电流计算11第三章 电气设备选择173.1 电气设备及分类173.2 电气设备的选择183.2.1高压熔断器的选择193.2.2 高压隔离开关选择213.2.3 高压断路器的选择223.2.4 互感器的选择233.3 电缆截面选择253.3.1 10kV高压电缆出线选择253.3.2 0.4kv低压电缆出线选择26第四章 继电保护284.1继电保护的概述284.1.1继电保护的基本要求和任务284.1.2微机保护原理284.1.3 微机继电保护装置特点294.2 电力线路微机保护304.2.1 电力线路的微机保护304.2.2 电力线路保护的整定与检验324.3 电力变压器微机保护354.3.1 变压器电流保护的整定及计算364.3.2 10KV/0.4KV变压器微机保护40第五章 防雷保护445.1 雷电过电压的相关概念445.1.1 雷电过电压445.1.2 雷电的危害445.2 防雷保护的装置455.3 防雷设计465.3.1 对改造后的变电所的防雷保护465.3.2 对改造后的变电所公共接地装置的设计475.4 防雷保护措施485.4.1 变配电所建筑物防雷保护485.4.2 变配电所的防雷措施495.4.3 雷电侵入波过电压保护50第六章 工程造价516.1 工程造价的概述和分类516.1.1 工程造价的概念及其特点516.1.2 工程造价的分类516.1.2 改造后工程造价分析51第七章 设计总结54参考文献55致谢56前 言本次设计的题目是根据红河学院10KV供电电网改造后的设计。设计的主要内容是：对短路电流计算、高压电气设备的选择、保护(继电保护和防雷保护)及工程造价分析，以便使设计进一步完善，更能保证设备安全、可靠、优质、经济运行。设计之初，在指导教师和后勤管理处老师的带领下做了整体的记录，通过老师的指导使我们对红河学院电网有了整体的了解。电能是现代工业生产的主要能源和动力，电能的优点在于既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供使用。对不合理电网就要进行改造，电网改造的目的是提高电网的供电能力、供电质量、供电可靠性，从而满足用户用电的需求。对学校的电网改造以后，还有必要进行完善。具体如下，选择电气设备、整定继电保护、确定电气主接线方案、考虑限制短路电流的措施及分析电力系统是短路计算的最终目的，有必要进行短路电流计算，本次设计短路电流是根据电气主接线改造的方案一来计算的。为了满足在正常工作时能安全可靠运行，在短路故障时不至损坏设备，应进行电气设备的选择；以便使开关电器具有足够的断流能力，并适应的位置(户内或户外)、环境温度、海拔高度，以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。然而，在电力系统中为了预防事故或缩小事故范围提高系统运行的可靠性、安全性，就必须采用继电保护来进行。另外，为了防止雷电的危害，有必要进行防雷接地保护。从经济性考虑，为了能节约更多的电能和经济成本开支，因此，有必要进行工程造价分析。本次设计按以下步骤进行：首先，通过大量的查阅资料，按照主接线路的改造方案和变压器容量、型号的选择，来进行短路电流的计算。其次，根据改造后的负荷分析和短路电流计算，来进行高压电气设备的选择、继电保护和防雷接地保护。最后，根据改造前和改造后经济可行性分析与比较，来进行工程造价。由于设计者的水平有限，以及红河学院原有的资料缺乏，有的参数无法找到，加之对电气技术日新月异的发展掌握不够，有的知识欠缺，限于本人水平，设计难免有纰漏之处，希望老师给予批评指正，以便使设计更完善，本人不胜感激！第一章 毕业设计任务书1.1毕业设计题目学院电网改造初步设计改造后电气设备选择、保护及工程造价1.2毕业设计的目的本设计是根据学校电网改造设计后进行的，设计中涉及到了“工厂供电”、“电力系统继电保护”等课程有关内容，通过本次毕业设计培养了我们综合运用所学知识的能力、解决本专业领域工程技术问题的能力；也培养我们独立自学能力。使我们更能了解电力系统供电情况，实践能力也得到了进一步提高。包括：调查研究、搜集资料(含文献检索)；方案论证、技术方案的计划与实施；理论分析、设计和计算；撰写学术论文或设计说明书等的能力。本次毕业设计给学校提供了一定的改造依据。1.3 毕业设计的内容首先进行数据采集，查找相关的资料。设计之初，通过对5个变配电室相关数据的记录，对学校负荷情况进行分析，了解红河学院负荷情况，然后进行红河学院10KV电网改造设计。根据改造后的方案,进行设计。设计的主要内容包括：短路计算、电气设备的选择、继电保护、防雷保护设计、工程造价。1.4毕业设计步骤(1)收集学院供电系统原有资料，对学校变配电所供电的情况进行了解，并对变配电室数据进行记录；(2)根据学校原有供电系统和负荷情况进行分析，提出电气主接线改造方案，按照改造后的方案，进行变压器的容量，然后对短路电流进行计算；(3)根据短路电流计算，然后对电气设备选择、继电保护、防雷接地保护。(4)根据改造前后的比较，来选择和经济运行分析，进行工程造价分析并绘制相关的图纸。第二章 短路电流计算本次设计，是紧扣着负荷分析和电网改造来进行的。通过改造后的方案，确定主接线，绘出计算电路图，进行短路计算。短路计算的最终目的是选择电气设备、整定继电保护、确定电气主接线方案、考虑限制短路电流的措施及分析电力系统。根据电力系统多年的实际运行经验，破坏供电系统正常运行的故障一般最常见的是各种短路。2.1 短路造成的危害(1)短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障组件和短路电路中的其它组件受到损坏和破坏，甚至引发火灾事故。(2)短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。(3)短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。(4)严重的短路会影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。(5)不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交变电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。由此可见，短路的后果是十分严重的，且短路所引起的危害程度，与短路故障的地点、类型及持续时间等因素有关。2.2 短路电流计算的目的变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几方面：1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。3)在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。4)在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。2.3 短路电流计算的规定(1)计算的基本情况1)电力系统中所有电源均在额定负载下运行；2)所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；3)短路发生在短路电流为最大值时的瞬间；4)所有电源的电动势相位角相等；5)应考虑对短路电流值有影响的所有组件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才考虑。(2)接线方式计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式(即最大运行方式)，不能仅用在切换过程中可能并列运行的接线方式。(3)计算容量应按本工程设计规划容量计算，考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑工程建成后510年）。(4)短路种类一般按三相短路计算。若自耦变压器等回路中单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应该按严重情况的进行校验。(5)短路计算点在正常接线方式中，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。对于带电抗器的610KV出线与厂用分支线回路母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取电抗器前。选择其导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。2.4 短路电流计算短路是电力系统中最常见且很严重的故障。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。进行短路电流计算，首先要绘制电路图，在电路图上，将短路计算所考虑的各个组件的额定参数都表示出来，并将各组件按次编号，然后确定短路计算。短路计算点要选择的使需要进行短路校验的电气组件有最大可能通过，接着，所选择的短路计算点绘出等级电路图，并计算电路中各组件的阻抗。联系我校的实际情况，进行短路电流计算时，本次设计采用电气主接线改造的方案一来计算。由改造后的主接线路可看出，054#新安线供给1#、2#变配电室，058#线路供给3#、4#、5#变配电室，5#变配电室与3#变配电室之间用高压联络电缆连接起来，而5#变配电室054#回线作为备用电源。经调查，054#新安线和058#线路不是同一个回路，它们分别由两个电源系统供电。因此，从G1电源系统到054#新安线供给1#、2#变配电室的回路中，可能发生最大短路电流的短路电流计算点有3个，即10KV变电站至054#新安线短路(K1点)，1#变电所0.4KV母线短路(K2点)，2#变电所0.4KV母线短路(k3点)，具体见短路计算电路图2-1所示。从G2电源系统到058#线路供给3#、4#、5#变配电室的回路中，其中，054#新安回作为备用电源，短路计算中，不再考虑。在058#线路的回路中，可能发生最大短路电流的短路计算点有4个，即10KV变电站至058#线路短路(K1点)，3#变电所0.4KV母线短路(K2点)，4#变电所0.4KV母线短路(k3点)，5#变电所0.4KV母线短路(k4点)具体见短路计算电路图2-1所示。图2-1学院短路计算电路短路计算的方法有标幺值法和有名值法，本次设计选择标幺值法对5个变电所进行短路计算。对继电保护中的整定计算中，通常要考虑电力系统出现的最大运行方式和最小运行方式。所谓电力系统的最小运行方式是指系统中等值阻抗最大，流过保护装置的短路电流最小时的运行方式。系统等值电流阻抗最小、流过保护装置的短路电流最大时的运行方式称最大运行方式。选取最小运行方式和最大运行方式的依据是：通过保护安装处短路电流最大系统电抗最小时的运行方式为最大运方式；反之，通过保护安装处短路电流最小系统电抗最大时的运行方式为最小运行方式。2.4.1 054新安回路短路电流计算1.在最小运行方式下(1)确定基准值取=100WV.A ， =10.5kv ,=0.4kv 故 = = KA= =144.34KA(2)计算短路电路中各主要组件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值由工厂供电附录表8查得Soc=300MV.A,因此，架空线路的电抗标幺值由工厂供电附录表3-1查得，线路长8km，故 电力变压器的电抗标幺值改造后变配电所变压器的型号如下：1#变压器型号： SC9-200/10，2#变压器型号：SCB-400/10，查得，变电所中电力变压器电抗标幺值都选择为Uk%=4。故1#电力变压器的电抗标幺值： 2#电力变压器的电抗标幺值：绘短路等效电路图如图2-2所示，图上标出各组件的序号和电抗标幺值，并标明短路计算点。图2-2 最小运行方式下的短路等效电路图（标幺制法）(3)计算K1的短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值： 三相短路电流周期分量有效值：其它三相短路电流：三相短路容量：(4)计算点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其它三相短路电流：三相短路容量：(5)计算K3点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其它三相短路电流：三相短路容量： 2.在最大运行方式下(1)确定基准值取=100WV.A ， =10.5kv ,=0.4kv而= = KA= =144.34KA(2)计算短路电路中各主要组件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值由工厂供电课本中的附录表8查得Soc=400MV.A,因此架空线路的电抗标幺值由工厂供电课本中的表3-1查得，线路长8km，故电力变压器的电抗标幺值改造后变配电所变压器的型号如下：1#变压器型号： SC9-200/10，2#变压器型号：SCB-400/10，由工厂供电课本中的附录表5查得，变电所中电力变压器电抗标幺值都选择为Uk%=4。故1#电力变压器的电抗标幺值：2#电力变压器的电抗标幺值：绘短路等效电路图2-3所示，图上标出各组件的序号和电抗标幺值，并标明短路计算点。图2-3 最大运行方式下的短路等效电路图（标幺制法）(3)计算K1的短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其它三相短路电流：三相短路容量：(4)计算点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其它三相短路电流： 三相短路容量：(5)计算K3点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值： 其它三相短路电流：三相短路容量： (6)短路电流计算结果见表2-1所示：表2-1 三相短路电流计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVA在最小运行方式下1.921.921.924.92.934.8411.2211.2211.2228.6116.947.7711.2211.2211.2228.6116.947.77在最大运行方式下1.971.971.975.022.9735.8411.2911.2911.2928.7917.057.8211.2911.2911.2928.7917.057.822.4.2 058银河回路短路电流计算1.在最小运行方式下(1)确定基准值取=100WV.A ， =10.05kv ,=0.4kv而= = KA= =144.34KA(2)计算短路电路中各主要组件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值由工厂供电课本中的附录表8查得Soc=300MV.A,因此架空线路的电抗标幺值由工厂供电课本中的表3-1查得，线路长8km，故电力变压器的电抗标幺值绘短路等效电路图所示，图上标出各组件的序号和电抗标幺值，并标明短路计算点。改造后变配电所变压器的型号如下： 3#变压器型号： SC9-630/10，4#变压器的型号为：SG10-630/10，5#配电室变压器型号： SC9-500/10。由工厂供电课本中的附录表5查得，变电所中电力变压器电抗标幺值都选择为Uk%=4。故3#电力变压器的电抗标幺值： 4#电力变压器的电抗标幺值： 5#电力变压器的电抗标幺值： 绘短路等效电路图2-4所示，图上标出各组件的序号和电抗标幺值，并标明短路计算点。图2-4 最小运行方式下的短路等效电路图（标幺制法）(3)计算K1的短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其它三相短路电流：三相短路容量：(4)计算点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值： 三相短路电流周期分量有效值： 其它三相短路电流：三相短路容量： (5)计算K3点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其它三相短路电流：三相短路容量：(6)计算的短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量：总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其它三相短路电流：三相短路容量：2.在最大运行方式下(1)确定基准值取=100WV.A ， =10.05kv ,=0.4kv而(2)计算短路电路中各主要组件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值由工厂供电课本中的附录表8查得Soc=400MV.A,因此架空线路的电抗标幺值由工厂供电课本中的表3-1查得，线路长8km，故电力变压器的电抗标幺值改造后变配电所变压器的型号如下：3#变压器型号： SCB-630/10，4#变压器的型号为：SG10-250/10，5#配电室变压器型号： SCB-400/10。由工厂供电课本中的附录表5查得，变电所中电力变压器电抗标幺值都选择为Uk%=4。故3#电力变压器的电抗标幺值： 4#电力变压器的电抗标幺值： 5#电力变压器的电抗标幺值：绘短路等效电路图2-5所示，图上标出各组件的序号和电抗标幺值，并标明短路计算点。图2-5 最大运行方式下的短路等效电路图（标幺制法）(3)计算K1的短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值：其它三相短路电流：三相短路容量：(4)计算点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其它三相短路电流：三相短路容量：(5)计算K3点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其它三相短路电流：三相短路容量：(6)计算点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值： 三相短路电流周期分量有效值： 其它三相短路电流：三相短路容量：3)短路电流计算结果见表2-2：2-2表 短路电流计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVA在最小运行方式下1.921.921.924.92.934.8415.6615.6615.6639.923.6510.8513.2813.2813.2833.8620.059.1911.2211.2211.2228.6116.947.77在最大运行方式下1.971.971.975.022.9735.8415.7915.7915.7940.2623.8410.9713.3813.3813.3834.1120.29.2711.2911.2911.2928.7917.057.82第三章 电气设备选择供配电系统中的电气设备是在一定的电压，电流、频率和工作条件下工作的，电气设备的选择，除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外，还应满足在短路故障时不至损坏的条件，开关电器还必须具有足够的断流能力，并有适应的位置（户内或户外）、环境温度、等环境条件。3.1 电气设备及分类按所起的作用不同，电气设备可分为一次设备和二次设备两大类：(1)一次设备：生产、转换和输配电能的设备，称为一次设备。主要有以下几种。1)生产和转换电能的设备：同步发电机、变压器及电动机，它们都是按电磁感应原理工作的，统称为电机。2)开关电器；开关电器的作用是接通或断开电路。断路器（俗称开关）：断路器有灭弧装置，可用来接通或断开电路的正常工作电流、过负荷电流或短路电流，是电力系统中最重要的控制和保护电器。 隔离开关（俗称刀闸）：隔离开关没有灭弧装置，用来在检修设备时隔离电源，进行电路的切换操作及接通或断开小电流电路。它一般只有电路断开的情况下才能操作。 负荷开关：负荷开关具有简易的灭弧装置，可以用来接通或断开电路的正常工作电流和过负荷电流，但不能用来接通或断开短路电流。还可用来在检修设备时隔离电源。还有用于配电系统的自动重合器和自动分段器等。3)限流电器：其作用是限制短路电流，使发电厂或变电站选择轻型电器和选用截面积较小的导体。 4)载流导体：母线用来汇集和分配电能或将发电机、变压器与配电装置连接；架空线和电缆线用来传输电能。 5)补偿设备：调相机；电力电容器，电容器补偿有并联和串联补偿两类弧线圈，用来补偿小接地电流系统的单相接地电容电流，以利于熄灭电弧； 并联电抗器，作用是吸收过剩的无功功率，降低有功损耗，提高送电效率。6)互感器：包括电流互感器和电压互感器。7)保护电器：保护电器包括用于过负荷电流或短路电流保护的熔断器和防雷装置。熔断器用来断开电路的过负荷电流或短路电流。8)绝缘子9)接地装置：接地装置用来保证电力系统正常工作或保护人身安全。(2)二次设备对一次设备进行监察、测量、控制、保护、调节的辅助设备，称为二次设备。1)测量表计：测量表计用来监视、测量电路的电流、电压、功率、电能、频率及设备的温度等，如电流表、电压表、功率表、电能表、频率表、温度表等。2)绝缘监察装置：用来监察交、直流电网的绝缘状况。 3)控制和信号装置：控制主要是指采用手动或自动方式通过操作回路实现配电装置中断路的分、合闸。信号装置，用来反映电气设备的事故或异常状态。4)继电保护及自动装置：继电保护的作用是当发生故障时，作用于断路器跳闸，自动切除故障组件；当出现异常情况时发出信号。自动装置的作用是实现变电站的备用电源自动投入、输电线路自动重合闸。 5)直流电源设备：用作开关电器的操作、信号、继电保护及自动装置的直流电源，以及事故照明和直流电动机的备用电源。6)塞流线圈：塞流线圈起到阻止高频电流向变电站或支线泄漏、减小高频能量损耗的作用。3.2 电气设备的选择导体和电气的选择是变电所设计的主要内容，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程的实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。(1)电气设备选择的一般原则1)应满足导体和电器正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要。2)应按当地环境条件校验。3)应力求技术先进和经济合理。4)选择导体时应尽量减少品种5)扩建工程应尽量使新老电器的型号一致。6)选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。(2)电气设备选择的技术条件1)电压：所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于回路所接电网的最高电压，即。2)电流：导体和电器的额定电流应不小于该回路的最大持续工作电流，即。(3)按短路情况校验1)短路热稳定校验满足的条件为：且 。2)短路动稳定校验满足的条件为：且。3.2.1 高压熔断器的选择高压熔断器有户内和户外型两种，熔断器额定电压一般不超过35Kv.熔断器没有触头，而且分段短路电流后熔断，故不必校验动稳定和热稳定。仅需校验断流能力高压熔断器在选择时，要注意户内型熔断器主要有RN1型和RN2型，RN1型用于线路和变压器的短路保护，而RN2型用于电压互感器的短路保护。联系我们学校的情况，初次选择户内型RN1用于线路和变压器的短路保护。(1)保护线路的熔体电流规格的选择1)熔体额定电流不得小于线路的计算电流，即。2)熔体额定电流应躲过尖峰电流，即(对一般线路来说，按线路计算电流与尖峰电流比值情况，取K=0.51)3)熔体额定电流还应与被保护线路的允许载流量相配合，满足的条件为：。(2)保护电力变压器的熔体额定电流的选择可按下式选择：(式中K-系数，一般为1.52)(3)熔断器电压、电流规格的选择与校验1)熔断器额定电压应与所在线路的额定电压相适应，即。2)熔断器额定电流应不小于它所装设的熔体额定电流，即。3)熔断器断流能力的校验条件：对限流式熔断器：，对非限式熔断器：。对跌落式熔断器：断流上限,断流下限。由以上条件可知，我校的5个变电所变压器高压侧熔断器选择，其高压侧计算电流为：1#变电所变压器1-1T高压侧电流： 1#变电所变压器1-2T高压侧电流： 2#变电所： 3#变电所： 4#变电所： 5#变电所： 参照上面计算出来的数据，经查表和校验条件可知，3#变电所高压侧设备熔断器选择，根据下表校验，初选3#变电所为户内型RN1-10/30，用于线路和变压器的短路保护。以3#变电所高压侧设备熔断器选择为依据：1)选择熔断器额定电流：=30.02A，=0.330.024=36.24A由工厂供电设计指导表5-14查的，=75A。因此，由工厂供电设计指导表5-23，选RN1-10/30型熔断器，即=50A，而熔体选=40A2)校验熔断器的断流能力：查表5-23，由短路计算可知：=39.9KA，其断流能力满足要求得表3-1。表3-1 高压熔断器校验表序号RN1-10/50选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据110kV10kV合格275A30.02A合格350KA39.9KA合格依照3#变电所变压器的高压熔断器的选择原则和校验条件，将其它变压器高压侧熔断器选型，参照工厂供电设计指导表5-23得表3-2如下所示。表3-2 高压熔断器选型变电名称高压侧相电流 /A熔断器型号1#变电所1-1T10.21RN1-10/151#变电所1-2T8.08RN1-10/102#变电所21.78RN1-10/303#变电所30.02RN1-10/304#变电所7.7RN1-10/105#变电所21.89RN1-10/303.2.2 高压隔离开关选择由于隔离开关主要是用于电气隔离而不能分离正常负荷电流和短路电流，因此，只需要选择额定电压和额定电流，校验动稳定和热稳定。根据我校的地理位置，我校的5个变电所高压隔离开关用户内式隔离开关，以3#变电所为例：查工厂供电设计指导表5-18得，高压隔离开关的型号初选为GN6-10T/400。它的额定电压=10kV，额定电流=400A，动稳定电流峰值=40kA，4s热稳定电流=1425=980kA2s ，取继电保护动作时间为0.7s,断路器短路时间取0.1s。由短路电流计算得：=39.9KA，=15.66KA。变电所变压器高压侧隔离开关的选择，参照前面计算出来的数据，经查表和校验条件可知，变电所高压侧设备隔离开关选择，见下表3-3所示。表3-3 高压隔离开关校验表序号GN6-10T/400选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据110kV10kV合格2200A36.37A合格340kA39.9kA合格41425=980kA2s15.662 （0.7+0.1）=245.24kA2s合格依照3#变电所变压器的高压隔离开关的选择原则和校验条件，参照工厂供电设计指导第二版，表5-18部分高压隔离开关的主要技术数据，将其它变压器高压侧隔离开关进行选型，见表3-4所示。表3-4 高压隔离开关选型表变电名称高压侧相电流 /A隔离开关型号1#变电所1-1T10.21GN6-10T/4001#变电所1-2T8.08GN6-10T/4002#变电所21.78GN6-10T/4003#变电所30.02GN6-10T/4004#变电所7.7GN6-10T/4005#变电所21.89GN6-10T/4003.2.3 高压断路器的选择高压断路器是供电系统中最重要的设备之一。由于成套电装置应用普遍，断路器大多选择户内型的，如果是户外型变电所，则应选择户外型断路器。高压断路器一般选用少油断路器、真空断路器和SF6断路器。具体方法如前所述。根据我们学校变电所的情况，初选为户内型变电所，故选择少油断路器。每个变电所高压断路器的额定电流是根据变电所二次额定电流来选取的。我校高压侧都是10kv，根据供电系统图10kv高压配电所进线侧的高压户内少油断路器的型号规格。以3#变电所为例，短路电流的有效值，线路的计算电流= 630/(1.7320.4)= 909.35A（取=1000A），主保护动作时间为0.06s,断路器断路时间为0.2S。参照工厂供电设计指导，查表5-17得，初步选用SN10-10型。如表3-5对3#变电所高压断路器进行校验：表3-5 高压断路器的选择校验表序号装设地点的电气条件SN10-10型断路器项目数据项目数据结论110Kv10Kv合格2909.35A1000A合格315.66KA31.5KA合格42.5515.66 KA=39.9KA80KA合格5I2tt31.522=1984.5合格校验结果，3#变电所初选SN10-10型断路器是合格。我校五个变电所变压器高压侧断路器选型，依据前面的短路电流计算和额定电流计算，经查工厂供电设计指导可知，选择断路器型号，变压器一次设备断路器选择，见表3-6所示。表3-6 高压断路器选型表变电名称高压侧相电流 /A断路器型号1#变电所1-1T10.21SN10-101#变电所1-2T8.08SN10-102#变电所21.78SN10-103#变电所30.02SN10-104#变电所7.7SN10-105#变电所21.89SN10-103.2.4 互感器的选择互感器是电力系统中一次系统和二次系统之间的联络组件，用以变换电压或电流，分别为测量仪表、保护装置和控制装置提供电压或电流信号，反映电气设备的正常运行和故障情况，分为电压互感器(TV)和电流互感器(TA)。 1.电流互感器的选择1)额定电压和额定电流的选择，按一次回路额定电压和电流选择。二次侧的额定电流一般为5A，也有1A的。UNUNs,INImax(UNs是电流互感器所在电力网的额定电压，UN、IN是电流互感器的一次额定电压和电流，Imax是电流互感器一次回路最大工作电流)。2)电流互感器种类和型式选择：装置类别和结构的确定。电流按安装方式可分为穿墙工、支持式、装入式；按绝缘可分为干式、浇注式、油浸式。安装地点(如屋内、屋外)，安装方式(如穿墙式、支持式、装入式等)。3)选择电流感器的准确度等级和额定容量互感器的准确度等级不得低于所供测量仪表的准确度等级。用于计量的一般选0.2级作为运行监视、估算电能的电度表、发电厂变电所的功率表和电流表等所用一般0.5级；一般保护用电流互感器，其准确度可选为5级；对差动保护应选用0.5级。4)热稳定校验： (KtIN1)2 I2KtK (Ik为短路电流稳态值；tk为短路计算时间)5)动稳定校验：(短路电流的冲击电流和有效值)(1)根据我校5个变电所情况，满足以上的条件，对3#变电所电流互感器选择：1)额定电流： = = 34A2)额定电压：= 10KV经查工厂供电设计指导书和根据以上计算数据可以初步选择LDEB610型电流互感器，其参数为额定电流比为400/5，准确级次为0.5，热稳定电流为31.5kA，动稳定电流为80kA。3)校验热稳定：同样跟10kV断路器一样， = 0.8S4)热稳定校验： = 15.6620.8 =196.18（kA2S）= 31.522 = 1984.5（kA2S） 满足要求。5)校验动稳定： 因为=39.9（kA），查表得，= 80（kA）即 满足要求。故选择户内型电流互感器能满足要求，由计算可列出3#变电所户内LDZB610型电流互感器数据下表3-7所示：表3-7 户内LDZB610型电流互感器数据设 备项 目LDZB610产品数据计算数据10kV10kV400A34A1984.5kA2.S196.18kA2.S80kA39.9kA其它的4个变电所跟3#的电流互感器选择相同，它们的型号均为户内LDZB610型的电压互感器。2.电压互感器的选择电压互感器应按装设地点的条件一次电压、二次电压(一般100v)、准确度级等条件选择。由于它的一、二次侧有熔断器保护，故无需进行短路稳定度校验。1)按一次回路电压选择电压互感器一次绕组所接电力网电压UNs应在1.160.85UNI范围内变动，即满足下列条件：0.85UNIUNs1.2UNI。因此，一次额定电压为 =10kV。2)按二次回路电压的选择根据一次绕组接入方式为接入相电压上，电压互感器测量、计量和保护绕组二次额定电压为：。3)根据我校4个变电所运行情况，满足以上的条件，则互感器选择如下：经查工厂供电设计指导书和以上的条件可以初步选择JDZJ-10型号的电压互感器。10kV母线上电压互感器：采用JDZJ10，单相单柱式,电容式电压互感器, 其初级绕组额定电压为0.1/ kV，二次阻抗为0.15，变比为10000/100/100/3。同理，其它4个电压互感器的型号为JDZJ-10。3.3 电缆截面选择电缆截面选择原则，电缆截面的选择直接关系到设备、电缆本身的运行经济、安全，是电缆选择中最为重要和复杂的环节，电缆截面选择的基本原则为：1)发热条件选择：导线和电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。2)电压损耗条件：导线和电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。3)按经济电流密度选择：35kV及以上的高压线路及电压在35kV以下但距离和电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年支出费用最小，所选截面称为经济截面。该选择原则称为年支出费用最小原则。工厂内的10kV及以下线路，通常不按此原则选择。4)按机械强度选择：导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验器机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。5)按短路热稳定校验：对绝缘导线、电缆和母线，应校验其短路热稳定性，架空线路因散热性好，可不做短路热稳定条件。根据设计经验，10KV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。而对10KV及以下电缆按持续工作电流确定特定条件下的允许最小缆芯截面时，还应按下列使用条件差异影响计入校正系数所确定的允许载流量。3.3.1 10kV高压电缆出线选择(1)选择校验的方法：根据校验，一般10kv及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件求选择截面，再校验电压损失、机械强度、短路热稳定等条件。而本设计中由于变电所小，不考虑电压损失，故不用校验，也不必校验其机械强度。(2)10kV高压电缆出线的选择1)按发热条件选择电缆截面以3#为例，由于是双回线路，线路计算电流=10.21A，经查表得，25 的YJL型电缆在20 的载流量为=93.6A， =93.6A=10.21A,因此,初选YJL-10-335型电缆。高压侧电缆短路电流=1.97KA。2）按短路热稳定条件进行校验由资料可查，YJL-10-325型电缆满足要求。根据前面做的变压器高低压侧的计算电流，并结合电流查电工手册得，架空进线后两个变电所均选交联聚乙烯绝缘电力电缆铜线YJL-10-335做引入线（直埋）。本变电所10KV的最终回路较多，因此10KV母线应选硬导体为宜。故所选LGJ150型钢芯铝绞线满足热稳定要求，则同时也大于可不校验电晕的最小导体LGJ70，故不进行电晕校验。因此YJL-10-335型电缆满足要求。同理可得其它4个电所，电缆型号，见下3-8表。表3-8 10kv变电所电缆型号变电名称高压侧相电流 /A电缆型号1#变电所1-1T10.21YJL-10-3351#变电所1-2T8.08YJL-10-3352#变电所21.78YJL-10-3353#变电所30.02YJL-10-3354#变电所7.7YJL-10-3355#变电所21.89YJL-10-3353.3.2 0.4kv低压电缆出线选择由负荷分析可知：1#、2#、3#、4#和5#的负荷分别为：443.75KW、513.44KW、546.5KW、520KW和541.45KW。1)1#变电所的线路初选采用VLV22-1000型聚氯乙稀绝缘铝芯电缆直接敷设由于1#变电所1-1T的计算电流和1#变电所1-2T的计算电流。地下0.8m土壤温度为25，查工厂供电指导书表8-40，初选为，且= 1000A ，满足发热条件。因此选择BLV22-1000-370型聚氯乙稀绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。因为短路热稳定度的最小截面 =100,中性线芯（按不小于相线一半选择），中性线芯为1100，1#变电所的电缆线路采用VLV22-1000-370+1100型聚氯乙稀绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。2)2#变电所计算电流为：3#变电所计算电流为： 4#变电所计算电流为： 5#变电所计算电流为：同理，2#、3#、4#、5#都采用BLV22-1000型聚氯乙稀绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。3)通往各个变压器的导线同样采用下地电缆采用套双壁螺纹管直埋传输，采用交联聚聚氯乙稀绝缘铝芯电缆直接埋地敷设作为电缆选型，查工厂供电指导书表8-40，得低压0.4kv采用橡皮绝缘聚聚氯绝缘铝芯电缆如表3-9所示。表3-9 0.4kv变电所电缆选型表变电名称低压侧相电流 /A电缆型号1#变电所1-1T变压器低压0.4kv至出线270.82VLV22-1000-370+1100型聚氯绝缘铝芯电缆1#变电所1-2T变压器低压0.4kv至出线214.31VLV22-1000-350+1100型聚氯绝缘铝芯电缆2#变电所低压0.4kv至出线577.62VLV22-1000-3120+1100型聚氯绝缘铝芯电缆3#变电所低压0.4kv至出线883.02VLV22-1000-3120+1100型聚氯绝缘铝芯电缆4#变电所至低压0.4kv出线204.44VLV22-1000-350+1100型聚氯绝缘铝芯电缆5#变电所至低压0.4kv出线580.53VLV22-1000-3120+1100型聚氯绝缘铝芯电缆第四章 继电保护本次设计是根据改造后来进行保护的，变压器参数的整定和计算是通过短路电流来计算。由于我校的变配电所都采用微机保护。因此，对改造后采用微机保护电进行整定。继电保护是指反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态而动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性。继电保护装置是电力系统的重要组成部分，保障电力系统安全、可靠运行的重要措施之一。4.1 继电保护的概述4.1.1 继电保护的基本要求和任务根据继电保护的任务和电力系统运行的特点，继电保护的基本要求如下：1)选择性：继电保护的选择性是指继电保护装置动作时，仅将故障设备从电力系统中切除，使停电范围尽量减少，以保证系统中非故障设备继续安全运行。2)速动性：继电保护的速动性是指继电保护装置应尽可能快的速度切除故障设备。3)灵敏性：继电保护的灵敏性是指保护装置对其保护范围内发生故障或异常状态的反应能力。4)可靠性：继电保护的可靠性是指保护装置在电力系统正常运行时不误动，在规定保护范围内发生故障时，应可靠动作，而在不属于该保护动作的其它任何情况下，应可靠不动作。继电保护的选择性、速动性、灵敏性、可靠性是相辅相成的、相互制约的，是分析研究各种继电保护装置的基础。继电保护的基本任务是：电力系统故障时，自动、快速、有选择的将故障设备从电力系统中切出，保障非故障设备继续运行，尽量减小停电范围。电力系统出现异常运行状态情况时，根据运行维护的要求能自动、及时、有选择的发出警告信号或者减负荷、跳闸。4.1.2微机保护原理微机继电保护的输入信号是电力系统的模拟量，而计算机只能对数字量进行计算和判断，因此由电力系统经电压互感器或电流互感器输入的模拟量必先经过预处理继电保护在大部分情况下取用输入信号中的基波模拟量。根据采样定理，如被测信号频率(或要求保留的最高次谐波频率)为,则采样频率必须大于2,kg1否则由采样值不可能拟合还原成原来的曲线。对于那些大于0.5频率的谐波分量,必须在进入采样器之前，利用模拟式低通滤波器(前置模拟滤波)将其滤掉。由于输入信号常常有多个，故设置多路转换器将输入模拟信号逐个交与A/D变换器转化成数字量这些数字量应在存储器中按先后顺序排列，以便后续功能处理程序取用。4.1.3 微机继电保护装置特点(1)调试维护方便在微机保护应用之前，整流型或晶体管型继电保护装置的调试工作量很大，原因是这类保护装置都是布线逻辑的，保护的功能完全依赖硬件来实现。微机保护则不同，除了硬件外，各种复杂的功能均由相应的软件(程序)来实现。(2)高可靠性微机保护可对其硬件和软件连续自检，有极强的综合分析和判断能力。它能够自动检测出其自身硬件的异常，并配合多重化措施，可以有效地防止拒动；同时，软件也具有自检功能，对输入的数据进行校错和纠错，即自动地识别和排除干扰，因此可靠性很高。目前，国内设计与制造的微机保护均按照国际标准的电磁兼容试验(EMC，Electromagnetic Compatibility)来考核，进一步保证了装置的可靠性。(3)易于获得附加功能传统保护装置的功能单一，仅限于保护功能，而微机保护装置除了提供传统保护功能外，还可以提供一些附加功能。例如，保护动作时间和各部分的动作顺序记录，故障类型和相别及故障前后电压和电流的波形记录等。对于线路保护，还可以提供故障点的位置(测距)，这将有助于运行部门对事故的分析和处理。(4)灵活性由于微机保护的特性主要由软件决定，因此替换或改变软件就可以改变保护的特性和功能，且软件可实现自适应性，依靠运行状态自动改变整定值和特性，从而可灵活地适应电力系统运行方式的变化。(5)改善保护性能由于微机的应用，可以采用一些新原理，解决一些传统保护难以解决的问题。例如，利用模糊识别原理判断振荡过程中的短路故障，对接地距离保护的允许过渡电阻的能力，大型变压器差动保护如何识别励磁涌流和内部故障，采用自适应原理改善保护的性能等。(6)简便化、网络化微机保护装置本身消耗功率低，降低了对电流、电压互感器的要求，而正在研究的数字式电流、电压互感器更易于实现与微机保护的接口。同时，微机保护具有完善的网络通信能力，可适应无人或少人值守的自动化变电站。我校的变配电所都采用微机继电保护，本设计改造后也采用微机继电保护，主要研究对电力变压器的保护。4.2 电力线路微机保护联系我校的具体情况，由于高压侧10KV架空线和电缆线路不便进行保护，本次设计的电力线路的保护，主要考虑对低压侧400V的电力线路进行保护。在电力线路的保护过程中，按配置原则应装设相间短路保护。线路的相间短路保护，主要是采用三段式电流速断保护，瞬时电流速断保护和限时电流速断保护作为线路的主保护，定时限过电流保护作为线路的后备保护。在本次设计中，主要决定装设三段式电流保护来作为低压侧电力线路相间短路保护。我们将对里仁校区的低压侧回路和明德校区低压侧回路进行三段式电流保护。4.2.1 电力线路的微机保护微机保护装置的CPU采用ATmega128单片机，MAX125芯片进行交流信号的采集，显示部分采用带字库的液晶显示模块，通信物理接口是RS-485，采用ModBus通信规约，组网方便，可直接与微机监控或保护管理机联网通信。软件部分能准确计算各项电量参数，可实现10套定值的独立整定，包含11种线路保护算法，并可将故障报告上传。(1)保护装置的硬件设计保护装置硬件系统总体分为数据滤波采样部分、CPU主电路、开关量输入/输出部分、液晶显示、按键电路、通信电路和电源电路。数据滤波采集部分将输入的电压、电流模拟信号，经过低通滤波和采样保持，转化为数字量，进行故障判断和分析。CPU采用ATmega128单片机微处理器，开关量输入/输出电路由并行口、光电耦合电路以及有接触点的中间继电器等组成，完成各种保护的跳闸，信号报警、指示灯、产生外部输入信号等功能。液晶显示和按键电路主要用于显示参数、菜单翻页、整定数值等，通信电路实现与微机监控或保护管理机通信，接口采用RS-485，保护装置的硬件结构如图4-1所示。图4-1 保护装置的硬件结构(2)保护装置的软件设计线路微机保护装置的主程序流程如图4-2所示。该线路保护装置的程序使用C语言编写，按照不同的功能，如显示、A/D转换、外部中断等，对程序进行模块化设计，大大方便了调试和修改。图4-2